На древней Земле самая ранняя жизнь столкнулась с парадоксом. Цепочки РНК — предка ДНК — плавали вокруг, случайно дублируя себя. Ученые знают, что в конечном счете, эти цепочки РНК, должно быть, стали более длинными и более длинными, готовя почву для развития сложных жизненных форм как амебы, черви, и в конечном счете люди. Но под всеми текущими моделями, более короткие молекулы РНК, имея меньше материала для копирования, воспроизвели бы быстрее, одобрив развитие примитивных организмов по сложным.
Теперь, новое исследование предлагает потенциальный раствор: Более длинные цепочки РНК, возможно, скрылись в пористых породах около вулканических мест, таких как гидротермальные океанские вентили, где уникальные температурные условия, возможно, помогли объединить организмы, развиваются.Гидротермальные жерла являются трещинами в Земной коре, качающими перегретую воду. Они были бы распространены на ранней Земле, которая была более тектоническим образом активна, чем планета сегодня, говорит Дитер Браун, экспериментальный биофизик в университете Людвига Максимилиана в Мюнхене, Германия. Вода в гидротермальных жерлах особенно богата в питательных веществах, делая их многообещающими местами для происхождения жизни.
Чтобы выяснить, если гидротермальные жерла, возможно, стимулировали развитие сложной жизни, Браун и его коллеги исследовали физику теоретической единственной поры в камне, окружающем вентиль. Пора открыта наверху и в нижней части и заполненный разбавлять раствором молекул РНК различных длин. Раствор на горячей стороне — одной ближе к потоку перегретой воды — стал бы менее плотным и повысился бы через пору. Часть его убежала бы наверху, чтобы быть пополненной более питательно-богатой жидкостью, входящей в нижнюю часть.
Остаток распространился бы через холодной стороне поры и ронял бы вниз. Сложный физический результат, названный причинами thermophoresis наполненные молекулы в растворе накопиться в более холодной воде и более длинных цепочках, имея больше нагрузки, сделал бы это чаще, чем более короткие цепочки. Поэтому более короткие цепочки РНК, более вероятно, убежали бы из вершины поры, тогда как более длинные останутся заманенными в ловушку внутри, где, все время питаемый питательными веществами, они могли воспроизвести. Лучше все еще Браун говорит, непрерывная температурная езда на велосипеде могла фактически помочь разделить двойную спираль РНК обособленно, упростив для него воспроизводить.
Для испытания этой тщательно продуманной гипотезы Браун и его коллеги построили моделируемый кусок пористой породы от сети крошечных стеклянных капиллярных трубок, нагретых на одной стороне. Они позволили растворенным фрагментам ДНК быть вымытыми в трубы от нижней части. Идеально, они использовали бы РНК, но Браун объясняет, что нет никакого хорошего способа воспроизвести РНК в лаборатории, тогда как легко воспроизвести ДНК со стандартным лабораторным процессом под названием PCR. “Весь thermophoresis и характеристики механизма заманивания в ловушку являются тем же для ДНК и РНК”, говорит он.
Как только они позволяют эксперименту, которым управляют, исследователи нашли, что более длинные цепочки ДНК, более вероятно, накопятся в трубах, чем более короткие цепочки были. В результате более длинные берега воспроизвели намного лучше в порах, и их популяции выросли, тогда как более короткие берега были растворены так, что они исчезли, бригада сообщает онлайн сегодня по своей природе о Химии.Это – “хорошая химия”, говорит морской химик Джеффри Бэда из Калифорнийского университета (UC), Сан-Диего, но он не убежден, что гидротермальные жерла или любая другая вероятная естественная среда на ранней Земле, возможно, обеспечили условия, созданные в лаборатории: “Обрисованные в общих чертах процессы вряд ли будут иметь место в значительном масштабе на Земле или в другом месте”.
Биохимик Ирен Чен Санта-Барбары UC не соглашается и даже думает, что исследование открывает дверь в учащиеся окружающие среды вне просто вулканических. Она предполагает, что поры камня, более горячие на одной стороне, чем другой, могли следовать из солнечного, а также гидротермального, нагревания, расширяя типы окружающих сред, которые, возможно, одобрили развитие сложной жизни.
Физическая среда, которая, возможно, правдоподобно существовала на ранней Земле “фактически, выбирает для более длинных последовательностей РНК”, говорит она. “Дополнительная длина является в основном комнатой для биологической креативности”.